心電檢測電路的設計和測試報告

心電檢測電路的設計報告（一）、設計目的及其意義心肌是由無數(shù)個心肌細胞組成。由竇房結發(fā)出的興奮，按一定的途徑和時程，依次向心房和心室擴布，引起整個心臟的循環(huán)興奮。心臟各部分興奮過程中出現(xiàn)的電位變化的方向、途徑、次序和時間均有一定的規(guī)律。由于人體為一個容積導體，這種電變化也必須擴布到身體表面。鑒于心臟在同一時間內(nèi)產(chǎn)生大量的電信號，因此，可以通過安放在身體表面的胸電極或四肢電極，將心臟產(chǎn)生的電位變化以時間為函數(shù)記錄下來，這種記錄曲線稱為心電圖，如下圖所示。心電圖反映心臟興奮的產(chǎn)生、傳導和恢復過程中的生物電變化。心肌細胞的生物電變化是心電圖的來源，但是心電圖曲線與單個心肌細胞的膜電位曲線有明顯的區(qū)別。ECG波形是由不同的英文字母統(tǒng)一命名的。正常心電圖由一個P波、一個QRS波群和一個T波等組成：P波――兩心房除極時間；P-R間期――心房開始除極至心室開始除極時間；QRS波群――全心室除極的電位變化；ST段――心室除極剛結束尚處以緩慢復極時間；T波――快速心室復極時間。ECG的持續(xù)時間：P-R間期（或P-Q間期）為P波開始至QRS波群開始的持續(xù)時間，也就是心房除極開始至心室除極開始的間隔時間，正常值為0.12～0.20s，若P-R期延長，則表示房室傳導阻滯；Q-T間期為QRS波群的開始至T波的末尾的持續(xù)時間，意為心室除極和心室復極的持續(xù)時間，正常值為0.32～0.44s；S-T段為從QRS波群終末導T波開始之間的線段，此時心室全部處于除極狀態(tài)，無電位差存在，所以正常時與基線平齊，稱為等電位線，若S-T段偏離等電位線一定范圍，則提示心肌損傷或缺血等病變；QRS波群持續(xù)時間正常值約為0.06～0.11s。因此，實時的檢測心電信號，可以從所得出的心電圖上觀察心臟的變化。醫(yī)生從所測的心電圖上判斷心臟各個部位的功能是否正常。所以心電圖是醫(yī)生治療心臟方面的疾病所不可或缺的依據(jù)。因此心電檢測就有了實際應用的意義。普通心電圖有以下幾點用途：1、對心律失常和傳導障礙具有重要的診斷價值。2、對心肌梗塞的診斷有很高的準確性，它不僅能確定有無心肌梗塞，而且還可確定梗塞的病變期部位范圍以及演變過程。3、對房室肌大、心肌炎、心肌病、冠狀動脈供血不足和心包炎的診斷有較大的幫助。4、能夠幫助了解某些藥物（如洋地黃、奎尼丁）和電解質(zhì)紊亂對心肌的作用。5、心電圖作為一種電信息的時間標志，常為心音圖、超聲心動圖、阻抗血流圖等心功能測定以及其他心臟電生理研究同步描紀，以利于確定時間。6、心電監(jiān)護已廣泛應用于手術、麻醉、用藥觀察、航天、體育等的心電監(jiān)測以及危重病人的搶救。本實驗的目的即利用設計的儀器從人體采集心電信號，并進行放大濾波，最終呈現(xiàn)在示波器上進行觀察。（二）、總體設計根據(jù)心電信號的特點來設定電路的要求。心電的幅值為幾個毫伏；心電的頻率為0.05～100Hz。這就要求：電路的增益800～1200倍；共模抑制比大于80dB；差模輸入阻抗為10MΩ，電路的帶寬為0.05～100Hz。供電情況：光電隔離電路的前級用轉(zhuǎn)換電源供電，光電隔離后級電路則用學生電源供電。以保證光電隔離電路前后級無任何電的聯(lián)系。下面是電路的總體框圖：（三）、單元電路設計1.導聯(lián)輸入：導聯(lián)線又稱輸入電纜線。其作用是將電極板上獲得的心電信號送到放大器的輸入端。心臟電興奮傳導系統(tǒng)所產(chǎn)生的電壓是幅值及空間方向隨時間變化的向量。放在體表的電極所測出的ECG信號將隨不同位置而異。心周期中某段ECG描跡在這一電極位置不明顯，而在另一位置上卻很清楚。為了完整描述心臟的活動狀況，應采用多電極導聯(lián)方式測量心電信號，基于現(xiàn)在的實驗條件及要求，選擇3導聯(lián)方式：左臂（LA），右臂（RA）以及右腿（RL）。各導聯(lián)線以不同顏色的標志來表示所接的部位。為了減少連接時發(fā)生錯誤，國際統(tǒng)一規(guī)定字母和導線色標為：R-右臂（紅）；L-左臂（黃）；RF-右腿（黑）2輸入保護：由于此系統(tǒng)用于人體心信號的檢測與診斷，，其將不可避免的與其他高電壓電子器件（如起搏器）同時作用于同一人體，導致加在心電圖機上的電壓迅速增大，損壞心電圖機，有必要在本套系統(tǒng)之前加入保護電路。由于保護電阻要求在輸入5000V高壓時不會損壞電路，二極管應選用的漏電的微型二極管，最大允許通過的順時電流為100mA,那么限流保護電阻R1為50KΩ3.前置放大器采用AD620作為主放大器，其主要參數(shù)如下：V供電±2.3～±18V

最低100dB的CMRR(G=10)

高輸入阻抗1000MΩ

0.6mV/℃電壓漂移

120kHz帶寬（G＝100）下圖是前置放大器實際電路圖，實際中采用了共模驅(qū)動和右腿驅(qū)動電路，以提高前置放大器的共模抑制比，但其中由于放大電路采用的是差分放大電路，因此由于匹配精度達不到要求，降低了共模抑制比，且?guī)磔^大的噪聲，所以將前置放大器中的低通去掉了。LM358LM358AD620LM358LM358AD620(1)電路的前端使用的是二極管保護電路，設計要求保護電路在輸入5000V高壓時不會損毀電路，，二極管D1~D4選用低漏電的微型二極管1N4148,其最大允許通過的瞬時電流為0.1A，因此，限流保護電阻R1和R2為50k。這樣的保護電路會防止臨床上的除顫電壓等高電壓損壞電路。(2)電路采用了右腿驅(qū)動和共模驅(qū)動電路，取R5＝10KΩ,Rf=10MΩ,CF=4700pF（Cf的作用是使右腿驅(qū)動電路穩(wěn)定）。R0＝100KΩ?？梢院芎玫奶岣吖材Ｒ种票龋瑸V除共模干擾。4.低通濾波器高頻干擾、其他醫(yī)療儀器的噪聲會干擾心電信號的測量，其幅度不是很高，但由于心電信號同樣較微弱，再加上前級的1000倍左右的放大，高頻干擾信號必須考慮濾除，已知人體心電信號頻率大約為0.05Hz～100Hz，而低于0.05Hz的信號已經(jīng)在前置放大器中濾除，因此設計一低通截止頻率為100Hz的濾波器。利用歸一化的方法設計低通濾波器。這里用六階巴特沃斯低通濾波器，其優(yōu)點是在通帶內(nèi)幅頻特性曲線比較平坦，而且六階也可以達到較陡的衰減的特性：其截止頻率為100Hz時，到頻率為200Hz時其衰減幅度為9％。它的作用是濾除頻率為100Hz以上的信號分量。選用歸一化算法得出R=10KΩ,C1=0.56uF,C3=0.22uF,C5=0.032uF5.末級放大器末級放大器采用的是一般的反相放大器，其增益為：K=-(R2+Rp)/R1Rp為電位器接入部分阻值。電路的放大倍數(shù)為10倍（前置放大器增益為100倍），可取R1=10kΩ,R2＝90KΩ,Rp最大阻值為20kΩ。（為了降低電位器的熱噪聲）前面加了個高通濾波器，目的是為了濾掉極化電壓。Rp是作為調(diào)節(jié)增益的器件。（四）小結實驗中注意，在單獨測試某個電路的時候，最好要將其前后級的電路斷開，這